DE102015201842A1 - Blähglasgranulat und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Blähglasgranulat sowie ein Verfahren zur dessen Herstellung angegeben. Verfahrensgemäß werden Ausgangsstoffe, umfassend Glasmehl, Wasserglas, mindestens ein Blähmittel sowie Metakaolin zu einem homogenen Schlicker vermischt. Der Schlicker wird zu Rohgranulat-Partikeln granuliert, die zu bei einer Brenntemperatur zwischen 780°C und 950°C zu Blähglasgranulat-Partikeln verschäumt werden. Das erfindungsgemäße Blähglasgranulat weist eine Langzeitwasseraufnahme von weniger 25 Volumen-% auf, wenn es für einen Zeitraum von 21 Tagen Wasser ausgesetzt ist.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf Blähglasgranulat. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung von Blähglasgranulat.
- Blähglasgranulate werden u.a. als Dämmstoffe, als Leichtzuschlagstoffe in Baumaterialien wie z.B. Beton oder als Füller in flüssigen oder pastösen Systemen eingesetzt.
- Blähglasgranulate und Verfahren zu deren Herstellung sind beispielsweise bekannt aus
US 3,870,496 ,WO 2005/087676 A1 DE 43 44 994 A1 ,US 4,086,098 A ,EP 0 661 240 B1 ,DE 100 33 999 A1 ,DE 197 34 791 B4 ,DE 103 34 997 A1 ,EP 0 010 069 B2 ,DE 198 37 327 A1 ,WO 98/19976 A1 DE 101 46 806 B4 undDE 10 2010 000 049 B4 . - Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Blähglasgranulat zu schaffen, das eine besonders geringe Wasseraufnahme aufweist. Insbesondere die Langzeitwasseraufnahme des Blähglasgranulats über einen Zeitraum von mehreren Tagen oder Wochen soll hierbei verbessert werden.
- Bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung von Blähglasgranulat wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich eines Blähglasgranulats wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 12. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
- Im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Blähglasgranulats werden vorgegebene Ausgangsstoffe zu einem homogenen Schlicker (auch als „Ansatz“ bezeichnet) vermischt. Die Ausgangsstoffe umfassen hierbei Glasmehl, Wasserglas sowie mindestens ein Blähmittel. Das Wasserglas wird dabei vorzugsweise in wässriger Lösung eingebracht. Zur Erreichung einer für die Weiterverarbeitung des Schlickers gewünschten Zielfeuchte wird den vorstehend genannten Ausgangsstoffen ferner bedarfsweise Wasser zugesetzt.
- Der aus den Ausgangsstoffen hergestellte Schlicker wird zu Rohgranulat-Partikeln (Grünkörnern) granuliert. Der Granulierprozess wird dabei vorzugsweise – je nach der gewünschten Korngröße der Grünkörner – mittels eines Granuliertellers oder eines Sprühturms vorgenommen. Alternativ können zur Granulierung der Grünkörper im Rahmen der Erfindung auch ein Durchlauf-Granuliermischer, ein Pflugscharmischer, ein Wirbelschicht-Granulierer oder ein Kompaktierer eingesetzt werden.
- Die so hergestellten Grünkörner werden – optional nach Trocknung und/oder Siebung – bei einer Brenntemperatur zwischen 780°C und 950°C zu Blähglasgranulat-Partikeln aufgeschäumt. Dieser Schäumprozess wird hierbei durch eine – durch Verdampfung oder chemische Umsetzung des Blähmittels verursachte – Gasbildung getrieben. Als Brennofen zur Aufheizung der Grünkörner auf die Brenntemperatur wird vorzugsweise ein Drehrohrofen eingesetzt. Die resultierenden Blähglaspartikel weisen eine multizelluläre, zumindest weitgehend geschlossenporige Struktur und eine glatte, geschlossene Oberfläche auf.
- Um zu verhindern, dass die Grünkörner und die sich daraus entwickelnden Blähglasgranulat-Partikel aneinander sowie an der Ofenwand verkleben, wird das Grünkorngranulat mit einem Trennmittel vermischt. Die Zugabe des Trennmittels zu dem Grünkorn-Granulat erfolgt vorzugsweise erst bei der Eingabe des Grünkorn-Granulats in den Brennofen.
- Als Trennmittel wird in an sich üblicher Weise(Neu-)Kaolin eingesetzt. Wie bereits in
DE 10 2004 056 781 A1 beschrieben ist, wird das als Hauptbestandteil in Kaolin enthaltene Kaolinit (Al4[(OH)8Si4O10]) durch die thermische Beaufschlagung in dem Brennofen bei Temperaturen von ca. 700°C nach der FormelAl4[(OH)8Si4O10]2(Al2O3 × 2SiO2) + 4H2O - Gemäß
DE 10 2004 056 781 A1 wird das als Nebenprodukt der Blähglasherstellung anfallende Metakaolin nach dem Brennprozess von dem Blähglasgranulat separiert und als Trennmittel in den Brennprozess zurückgeführt oder als eigenständiges Produkt einer anderweitigen Verwendung, z.B. als Bestandteil einer Fließenklebermischung zugeführt. - Abweichend hiervon wird Metakaolin erfindungsgemäß bereits als zusätzlicher Ausgangsstoff für die Herstellung des Schlickers verwendet. In bevorzugter Ausbildung des Verfahrens wird den zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffen dabei Metakaolin mit einem Feststoffanteil zwischen 0,5 Masse-% und 7 Masse-%, vorzugsweise zwischen 1,0 Masse-% und 5 Masse-% zugemischt.
- Der Feststoffanteil eines bestimmten Ausgangsstoffes (hier Metakaolin) ist hier und im Folgenden stets gegeben durch die zur Herstellung des Schlickers aufgewendete Masse dieses Ausgangsstoffes, bezogen auf die Gesamtmasse der in den Ausgangsstoffen enthaltenden Feststoffe. Die Gesamtmasse der in den Ausgangsstoffen enthaltenden Feststoffe ist wiederum gegeben durch die Gesamtmasse des Schlickers abzüglich der Gesamtmasse des in dem Schlicker in flüssiger Form enthaltenen Wassers.
- Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Zumischung von Metakaolin zu dem Ansatz eine wesentliche Verbesserung der chemischen Beständigkeit, und damit eine erhebliche Reduzierung der mittel- und langfristigen Wasseraufnahme des Blähglasgranulats bewirkt. Diese Wirkung beruht erkanntermaßen insbesondere darauf, dass Metakaolin bereits bei der Herstellung des Schlickers, also in dem wässrigen Ansatz der Ausgangsstoffe, angelöst wird. Hierbei wird Aluminium herausgelöst, das bei dem späteren Verschäumungsprozess in die Wasserglas-Matrix eindiffundiert und dort unter Bildung von stabilen Alumosilikaten eingebaut wird.
- Vorzugsweise sind die Feststoffanteile der Ausgangsstoffe Glasmehl, Wasserglas und Blähmittel wie folgt gewählt:
– Glasmehl: 83 Masse-% bis 90 Masse-%, vorzugsweise 85,3 Masse-% bis 88,9 Masse-%, – Wasserglas: 7,5 Masse-% bis 11 Masse-%, vorzugsweise 8,1 Masse-% bis 10,5 Masse-%, und – Blähmittel: 0,8 Masse-% bis 2,5 Masse-%, vorzugsweise 1,0 Masse-% bis 2,3 Masse-%. - Es hat sich gezeigt, dass eine weitere Verbesserung der chemischen Beständigkeit und entsprechend eine weitere Reduzierung der Wasseraufnahme des Blähglasgranulats erreicht werden kann, wenn als Wasserglas anstelle des üblicherweise verwendeten Natronwasserglas Kaliwasserglas zur Herstellung des Schlickers verwendet wird. Der Wasserglasanteil der Ausgangsstoffe kann hierbei im Rahmen der Erfindung ausschließlich in Form von Kaliwasserglas zugegeben werden – in diesem Fall wird den Ausgangsstoffen also kein Natronwasserglas zugegeben. Um die mit dem Einsatz von Kaliwasserglas verbundene Erhöhung der Brenntemperatur gering zu halten, werden allerdings vorzugsweise Kaliwasserglas und Natronwasserglas in Kombination eingesetzt. Entsprechend enthalten die zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffe in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung neben einem – vorzugsweise überwiegenden – Anteil an Kaliwasserglas auch Natronwasserglas, insbesondere mit folgenden Feststoffanteilen:
– Kaliwasserglas: 6,5 Masse-% bis 9 Masse-%, vorzugsweise 6,8 Masse-% bis 8,4 Masse-%, und – Natronwasserglas: 1 Masse-% bis 2,5 Masse-%, vorzugsweise 1,3 Masse-% bis 2,1 Masse-%. - In zweckmäßiger Ausführungsform der Erfindung wird als Blähmittel ausschließlich Natriumnitrat (Natronsalpeter, NaNO3) eingesetzt. Alternativ hierzu sind in den zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffen als Blähmittel Natriumnitrat und Glucose (Dextrose, C6H12O6) in Kombination enthalten, vorzugsweise in folgenden Feststoffanteilen:
– Natriumnitrat: 0,75 Masse-% bis 2,5 Masse-%, vorzugsweise 1,0 Masse-% bis 2,2 Masse-%, und – Glucose: 0,05 Masse-% bis 0,5 Masse-%, vorzugsweise 0,06 Masse-% bis 0,16 Masse-%. - Optional wird den zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffen zusätzlich Aluminiumhydroxid (Al(OH)3) zugemischt, vorzugsweise mit einem Feststoffanteil zwischen 0,25 Masse-% und 3 Masse-%.
- Im Rahmen der Erfindung können die Ausgangsstoffe wahlweise trockendispergiert oder nassdispergiert werden. In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens werden die Ausgangsstoffe zunächst zu einem Rohansatz vermischt, der nach oder unter Zugabe von Wasser über mehrere Stunden zu dem Schlicker nassgemahlen wird.
- Das erfindungsgemäße Blähglasgranulat zeichnet sich durch eine besonders geringe Langzeitwasseraufnahme aus, die weniger als 25 Volumen-%, vorzugsweise sogar weniger als 15 Volumen-% beträgt, wenn das Blähglasgranulat für einen Zeitraum von 21 Tagen Wasser ausgesetzt ist. Die Messung der Wasseraufnahme erfolgt hierbei insbesondere nach DIN EN 1097-6. Das erfindungsgemäße Blähglasgranulat ist dabei insbesondere nach dem vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
- Insbesondere für Körnungen (Korndurchmesser des Blähglasgranulats in Millimetern) von 0,25–0,5 und 0,5–1,0 werden dabei unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch wesentlich geringere Werte der Langzeitwasseraufnahme erzielt, die insbesondere in der Größenordnung von 7 Volumen-% bis 10 Volumen-% (nach 21 Tagen Wassereinwirkung) liegen.
- Das erfindungsgemäße Blähglasgranulat hat hierbei vorzugsweise eine Kornrohdichte von weniger als 900 kg/m3 (scheinbare Rohdichte gemäß DIN EN 1097-6, DIN EN 1097-7).
- Nachfolgend werden vier Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Blähglasgranulats sowie des jeweils zugehörigen Herstellungsverfahrens beschrieben, die im Folgenden als Beispiele B1 bis B4 bezeichnet sind.
- Für die einzelnen Beispiele B1 bis B4 wurden zunächst Ausgangsstoffe mit folgender Zusammensetzung bereitgestellt:
GM AHO NS GL KWG NWG MK B1 88,03 - 2,05 0,16 6,21 2,02 1,54 B2 88,93 - 1,34 0,06 6,27 1,83 1,57 B3 83,75 1,92 1,68 0,10 6,98 0,48 5,10 B4 85,32 - 2,00 0,06 8,18 - 4,44 - In Tab.1 stehen die Abkürzungen
- – GM für Glasmehl,
- – AHO für Aluminiumhydroxid (Al(OH)3),
- – NS für Natriumnitrat,
- – GL für Glucose,
- – KWG für Kaliwasserglas,
- – NWG für Natronwasserglas, und
- – MK für Metakaolin.
- Die in Tab. 1 enthaltenen Werte beziehen sich jeweils auf den in Masse-% angegebenen Feststoffanteil des jeweiligen Ausgangsstoffs, bezogen auf die unter Abzug des Wasseranteils berechnete Gesamt-Feststoffmasse der Ausgangsstoffe.
- Das Glasmehl wurde jeweils in einem dem Verfahren vorausgehende Schritt aus Recyclingglas (konkret einer Mischung aus Behälterglas und Flachglas) durch Mahlen in einer Kugelmühle auf eine Feinheit von d97 < 40 µm hergestellt.
- Die in Tab. 1 aufgeführten Ausgangsstoffe wurden jeweils in einem Mischer für 30 Minuten zu einem homogenen Schlicker verrührt. Das (Kali- bzw. Natron-)Wasserglas wurde hierbei jeweils in wässriger Lösung beigegeben. Durch Zugabe von Wasser wurde jeweils eine in Tab. 2 aufgeführte Zielfeuchte des Schlickers eingestellt.
- Der resultierende Schlicker wurde anschließend auf einem Granulierteller granuliert. Das so erhaltene Grünkorngranulat wurde jeweils bei einer Trockentemperatur von 200°C für 10 min getrocknet und bedarfsweise gesiebt. Das getrocknete Grünkorngranulat wurde unter Zugabe von Kaolin als Trennmittel in einen Drehrohrofen eingebracht. In dem Drehrohrofen wurde das Grünkorngranulat jeweils für ca. 5 bis 10 min bei einer aus Tab. 2 ersichtlichen Brenntemperatur aufgeschäumt.
Zielfeuchte Körnung Brenntemperatur B1 17,3 0,5–1,0 825 B2 16,85 0,5–1,0 810 B3 15,89 0,5–1,0 818 B4 40 0,25–0,5 910 - In Tab. 2 ist die Zielfeuchte hierbei in Masse-% des in flüssiger Form in dem Schlicker enthaltenen Wassers, bezogen auf die Gesamtmasse des Schlickers angegeben. Die in Tab. 2 angegebene Körnung gibt den Partikeldurchmesser des (nach dem Aufschäumprozess erhaltenen) Blähglasgranulats in Millimetern an. Die Brenntemperatur ist in °C angegeben.
- Das aus dem Aufschäumungsprozess resultierende Blähglasgranulat wurde anschließend abgekühlt und anschließend gesiebt, so dass Blähglasgranulat mit einer in Tab. 2 angegebenen Körnung erhalten wurde.
- Das gesiebte Blähglasgranulat wurde hinsichtlich Festigkeit, Schüttgewicht, Kornrohdichte, Wasseraufnahme und chemischer Zusammensetzung analysiert. Hieraus ergaben sich für die Beispiele B1 bis B4 die aus Tab. 3 bis 5 ersichtlichen Eigenschaften:
Festigkeit Schüttgewicht Kornrohdichte B1 1,76 311,2 592 B2 3,42 322,2 604 B3 2,50 377 686 B4 3,43 450 816 - In Tab. 3 sind
- – die Festigkeit nach DIN EN 130055-1 (mittlere Kornfestigkeit) in N/mm2,
- – das Schüttgewicht in kg/m3, und
- – die Kornrohdichte nach DIN EN 1097-6, DIN EN 1097-7 (Scheinbare Rohdichte) in kg/m3
- Das in Tab. 3 angegebene Schüttgewicht wird bestimmt, indem ein – in randvoll gefülltem Zustand – 1000 ml fassender Messzylinder mittels eines Pulvertrichters in einem Zug mit der zu untersuchenden Probe befüllt wird, so dass sich oberhalb des Abschlusses des Messzylinders ein Schüttkegel ausbildet. Der Schüttkegel wird mit Hilfe eines über die Öffnung des Messzylinders geführten Lineals abgestreift. Das Gewicht des gefüllten Messzylinders abzüglich seines Leergewichts ergibt das Schüttgewicht der zu untersuchenden Probe.
Langzeitwasseraufnahme nach 7 Tagen nach 14 Tagen nach 21 Tagen B1 3,1 5,2 7,0 B2 4,5 7,1 10,0 B3 5,2 8,0 10,1 B4 5,3 6,7 7,8 SiO2 Al2O3 Na2O K2O MgO CaO Fe2O3 Rest B1 69,7 2,1 12,7 2,5 1,8 9,0 0,2 2,0 B2 70,6 2,4 12,0 2,4 1,8 9,1 0,4 1,3 B3 68,9 3,4 12,2 2,2 3,4 7,5 0,2 2,1 B4 69,6 2,8 11,9 3,0 2,4 8,3 0,2 1,8 - In Tab. 5 stehen die Angaben
- – SiO2 für Siliziumdioxid,
- – Al2O3 für Aluminiumoxid,
- – Na2O für Natriumoxid,
- – K2O für Kaliumoxid,
- – MgO für Magnesiumoxid (Magnesia),
- – CaO für Calziumoxid,
- – Fe2O3 für Eisen(III)-oxid, und
- – Rest für Anteile an anderen Oxiden.
- Die Zahlenangaben in Tab. 5 geben die Massenanteile der jeweiligen Verbindung oder Verbindungsgruppe in Masse-%, bezogen auf die Gesamt-(Trocken-)Masse des Blähglasgranulats an.
- Die Erfindung wird an den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besonders deutlich, ist auf diese Beispiele gleichwohl aber nicht beschränkt. Vielmehr können zahlreiche weitere Ausführungsformen der Erfindung aus den Ansprüchen und der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- DIN EN 1097-7 [0033]
Claims (13)
- Verfahren zur Herstellung eines Blähglasgranulats mit folgenden Schritten: – Vermischen von Ausgangsstoffen, umfassend Glasmehl, Wasserglas sowie mindestens ein Blähmittel zu einem homogenen Schlicker, – Granulieren des Schlickers zu Rohgranulat-Partikeln, und – Verschäumen der Rohgranulat-Partikel zu Blähglasgranulat-Partikeln bei einer Brenntemperatur zwischen 780°C und 950°C, dadurch gekennzeichnet, dass die zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffe zusätzlich Metakaolin umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 1 wobei die zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffe, bezogen auf die Gesamtmasse der in den Ausgangsstoffen enthaltenden Feststoffe, einen Feststoffanteil an Metakaolin zwischen 0,5 Masse-% und 7 Masse-%, vorzugsweise zwischen 1,0 Masse-% und 5 Masse-%, enthalten.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffe, bezogen auf die Gesamtmasse der in den Ausgangsstoffen enthaltenden Feststoffe, Feststoffanteile – an Glasmehl zwischen 83 Masse-% und 90 Masse-%, vorzugsweise zwischen 85,3 Masse-% und 88,9 Masse-%, – an Wasserglas zwischen 7,5 Masse-% und 11 Masse-%, vorzugsweise zwischen 8,1 Masse-% und 10,5 Masse-%, und – an Blähmittel zwischen 0,8 Masse-% und 2,5 Masse-%, vorzugsweise zwischen 1,0 Masse-% und 2,3 Masse-% enthalten.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffe Kaliwasserglas enthalten.
- Verfahren nach Anspruch 4, wobei die zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffe Kaliwasserglas und Natronwasserglas enthalten.
- Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffe, bezogen auf die Gesamtmasse der in den Ausgangsstoffen enthaltenden Feststoffe, Feststoffanteile – an Kaliwasserglas zwischen 7 Masse-% und 9 Masse-%, vorzugsweise zwischen 6,8 Masse-% und 8,4 Masse-%, und – an Natronwasserglas zwischen 1 Masse-% und 2,5 Masse-%, vorzugsweise zwischen 1,3 Masse-% und 2,1 Masse-% enthalten.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffe als Blähmittel Natriumnitrat enthalten.
- Verfahren nach Anspruch 7, wobei die zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffe als Blähmittel Natriumnitrat und Glucose enthalten.
- Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffe, bezogen auf die Gesamtmasse der in den Ausgangsstoffen enthaltenden Feststoffe, Feststoffanteile – an Natriumnitrat zwischen 0,75 Masse-% und 2,5 Masse-%, vorzugsweise zwischen 1,0 Masse-% und 2,2 Masse-%, und – an Glucose zwischen 0,05 Masse-% und 0,5 Masse-%, vorzugsweise zwischen 0,06 Masse-% und 0,16 Masse-% enthalten.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffe Aluminiumhydroxid enthalten.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei die zu dem Schlicker vermischten Ausgangsstoffe, bezogen auf die Gesamtmasse der in den Ausgangsstoffen enthaltenden Feststoffe, einen Feststoffanteil an Aluminiumhydroxid zwischen 0,25 Masse-% und 3 Masse-% enthalten.
- Blähglasgranulat, insbesondere hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Langzeitwasseraufnahme von weniger 25 Volumen-%, insbesondere weniger als 15 Volumen-%, wenn es für einen Zeitraum von 21 Tagen Wasser ausgesetzt ist.
- Blähglasgranulat nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Kornrohdichte von weniger als 900 kg/m3.
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